Устройство для управления тиристорным преобразователем частоты Советский патент 1990 года по МПК H02M5/22 

1

(21)4152983/24-07

(22)26.11.86

(46) 23.06,90. Бюл. № 23

(71)Уральский политехнический институт им. С.М.Кирова

(72)В.В.Шипицын, В.И.Лузгин, А.А.Новиков, А.Ю.Петров, В.А.Чижевский, А.В.Абрамов

и Д.В.Чуркин

(53) 621.316.727(088.8)

(56)Дискретные и самонастраивающиеся системы. Труды 2-го международного конгресса ИФАК,- М.: Наука, 1965,

с. 329-330.

Авторское свидетельство СССР № 1069123, кл. Н 02 М 5/22, 1982.

(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ УПРАВЛЕНИЯ ТИ- РИСТОРНЫМ ПРЕОБРАЗОВАТЕЛЕМ ЧАСТОТЫ

(57)Изобретение предназначено для интенсификации технологических процессов с использованием индукционного нагрева, ультразвука и т.д. Цель изобретения - повышение точности и

устойчивости работы. Устройство содержит управляемый задающий генератор 1, командный блок 2, распределитель 3 импульсов управления вентилями инвертора, датчик 11 выходного параметра преобразователя, блок управления выпрямителем преобразователя, содержащий синхронизатор с питающей сетью переменного напряжения, а также счетчик 18 с дешифратором 13, сумматор 17, электронный коммутатор 12, электронный ключ 15, дифференциальный 14 и управляемый 16 интеграторы. Устройство обеспечивает высокую устойчивость работы тиристорного преобразователя к различного рода возмущающим воздействиям, а также снижает потери на поиск экстремума и повышает точность работы всей системы автоматического регулирования, что приводит к повышению производительности технологического оборудования и экономии электроэнергии. 3 ил.

И

Изобретение предназначено для интенсификации технологических процессов с использованием индукционного нагрева, ультразвука и т.д. Цель изобретения - повышение точности и устойчивости работы. Устройство содержит управляемый задающий генератор 1, командный блок 2, распределитель 3 импульсов управления вентилями инвертора, датчик 11 выходного параметра преобразователя, блок управления выпрямителем преобразователя, содержащий синхронизатор с питающей сетью переменного напряжения, а также счетчик 18 с дешифратором 13, сумматор 17, электронный коммутатор 12, электронный ключ 15, дифференциальный 14 и управляемый 16 интеграторы. Устройство обеспечивает высокую устойчивость работы тиристорного преобразователя к различного рода возмущающим воздействиям, а также снижает потери на поиск экстремума и повышает точность работы всей системы автоматического регулирования, что приводит к повышению производительности технологического оборудования и экономии электроэнергии. 3 ил.

V Ґ

Пуск Стоп

Фие 1

Изобретение относится к преобразовательной технике и может быть использовано для интенсификации тех- нологических процессов с использова- с нием индукционного нагрева, ультразвука и т.д.

Цель изобретения - повышение устойчивости и точности работы системы управления тиристорным преобразова- 1Q телем частоты.

На фиг.1 приведена блок-схема предлагаемого устройства управления преобразователем частоты; на фиг,2 - иаграммы работы отдельных узлов; 15 на фиг.З - резонансная кривая выходного тока,

Устройство содержит управляемый задающий генератор 1 с блоком 2 ко- анд Пуск-Стоп, распределитель 3 20

импульсов с выходными усилителями- ормирователями 4, связанными с управляющими переходами силовых ти- ристоров. автономного последовательного инвертора 5, питаемого от сети 25 через управляемый силовой выпрямитель 6, блок управления тиристорами которого содержит блок 7 усилителей, управляемый фаэосдвигающим блоком 8, на выход которого поступают импульсы JQ

Y1 ХО-Х1-Х2-ГЗ + XO-XJ-X2-X3 + ХО Y2 XO-XJ-X2-X3 + ХО-Х1-Х2-ХЗ + ХО Y3 ХО-Х1 Х2 ХЗ; Y4 ХО-ХЬ Х2 -ХЗ;.

I

где ХО,Х1,Х2,ХЗ - входной двоично-десятичный код;

Yt,Y2,Y3,Y4 - выходной код дешифратора.

Устройство работает следующим образом.

При использовании датчика 11 в цепи постоянного тока и необходимости подстройки преобразователя частоты в режиме максимума входного тока, что соответствует максимуму выходной мощности в установках работающих на резонансную нагрузку, входной сигнал имеет вид, изображенньй на диаграмме фиг.2а, При подаче питающего напряжения с выхода синхронизатора 9 на вход счетчика 18 поступают синхроимпульсы, соответствующие частоте,пульсации постоянного напряжения, питающего автономный последовательный инвертор 5 (фиг.2б), В зависимости от типа используемого счетчика 18 и дешифратора 13, например двоично-десятич

от синхронизатора 9. Выход инвертора 5 подсоединен к нагрузке 10, имеющей резонансный характер. Датчик 11 выходного параметра преобразователя, который может быть установлен как в цепи постоянного, так и в цепи переменного тока (показан пунктиром), через управляющий коммутатор 12, на управляющие входы которого поступают импульсы с первого и второго выходов дешифратора 13, связан с входами дифференциального интегратора 14. Выход последнего через электронный ключ 15, управляющий вход которого подключен к третьему выходу дешифратора 13, подключен к входу управляемого интегратора 16, выходной сигнал которого поступает на первый вход сумматора 17, управляющего частотой задающего генератора 1.

Дешифратор 13 управляется импульсами с выхода счетчика 18, который считает синхроимпульсы, поступающие от синхронизатора 9. Четвертый выход дешифратора 13 предназначен для сброса дифференциального интегратора 14 и связан с его входом сброса. Выходы дешифратора связаны с его входами логическими функциями

Х1-Х2-ХЗ + ХО-Х1-Х2-ХЗ; Х1-Х2-ХЗ + ХО-Х1-Х2-ХЗ; .

0

с

0

5

ный счетчик-дешифратор, на выходах дешифратора формируются импульсные сигналы с первого выхода (диаграмма на фиг.2в), с второго выхода (фиг,2г), с третьего выхода (фиг.2д), и с четвертого выхода (фиг.2е).

При нажатии кнопки Пуск срабатывает командное устройство 2, запускается задающий генератор-1, начинает работу распределитель 3 импульсов и включается усилитель-формирователь 4, подавая импульсы управления на тиристоры инвертора 5, Фазосдвигающий блок 8 и блок 7 выходных усилителей обеспечивают управление силовым выпрямителем 6, питающего инвертора 5 при необходимости регулировки выходной мощности преобразователя широких пределов.

При этом один и тот же сигнал с первого выхода дешифратора 13 поступает одновременно через сумматор 17 на качание частоты

задающего генератора 1 и на первый управляющий вход коммутатора 12, на второй управляющий вход которого подаются управляющие импульсы с второго выхода дешифратора 13, обеспечивая поочередное подключение выхода датчика 11 тока к инвертирующему и неинвертирующему входам дифференциального интегратора 14 (фиг.2ж,з). Дифференциальный интегратор 14 интегрирует эти сигналы с разделением во времени, и находит их разность (фиг.2и).

Если в момент пуска инвертора 5 частота соответствует точке а резонансной кривой нагрузки (по потребляемому инвертором выходному току) (фиг.З), то качание частоты задающего генератора определяет постоянную пульсацию информационного сигнала с частотой качания, т.е. синхронно с сетевым питающим напряжением. Энергетические характеристики информационного сигнала на данных интервалах (в пределах перепада качания) отличаются на величину заштрихованных площадей. Поэтому выходной сигнал интегратора 16 находится в интервале времени работы электронного ключа 15, как это видно из диаграмм на фиг.З по заштрихованным площадям: для точки а

U ею (-S2) K(S1+S2), для точки б

Ъы K(-Sl)-(-S2)l K(S2-S1),

ДЛЯ ТОЧКИ В

иВЬ|Х K(-S1)-S2 -K(S1+S2), где К - коэффициент пропорциональности определяется параметрами инвертора:

S - энергетическая характеристика изменения информационного сигнала под воздействием сигнала поиска. Энергетическая характеристика определяется в виде

V ТСИ г--I

s I O(t) -idcp dt,

где ТИит - постоянная интегрирования; TC - период действия синхроимпульса, открывающего электронный ключ 15; п - число синхроимпульсов; Id(t) - мгновенное значение потребляемого инвертором тока;

Idc - среднее значение потребляемого инвертором тока,

735136

т.е. при равных длительностях интегрирования (как это и заложено в предлагаемом устройстве) режим б характерен нулевым выходным сигналом, и режимы айв, соответствующие разным склонам резонансной кривой, определяют уровень и знак выходного сигнала.

JQ Резонансный сигнал вьделяется электронным ключом 15, управляемым третьим выходом дешифратора 13, и поступает на вход управляемого интегратора 16, который осуществляет

15 интегрирование сигнала рассогласования, находясь все остальное время в режиме хранения информации (фиг.2к).

С выхода интегратора 16 сформированный результирующий сигнал рассо20 гласования поступает на первый вход сумматора 17 и вызывает движение рабочей точки по резонансной характеристике нагрузки в сторону имеющегося экстремума (фиг,2л). Поскольку

25 сигнал на выходе интегратора 16 не может изменяться скачкообразно, то исключены динамические толчки зада- щего генератора, кроме того, сигнал рассогласования, снимаемый с интегра-

30 тора 16, появляется сразу же после появления сигнала рассогласования и чем больше этот сигнал, тем быстрее нарастает напряжение на выходе интегратора.

35 ак как слежение осуществляется не только за изменением входного сигнала, но и за скоростью его изменения (первой производной по времени), то гласно теории авторегулирования, та-

40 кая система обладает повышенной точностью регулирования. Повышение точности регулирования позволяет снизить амплитуду сигнала поиска, а следовательно, и потери полезной мощности

45 на поиск экстремума.

Исключение динамических толчков задающего генератора и всей системы авторегулирования по сравнению с известной повышает ее устойчивость

50 в динамических режимах работы, кроме того, облегчает выход тиристорного преобразователя частоты на режим.

Формула изобретения

Устройство для управления тирис- торным преобразователем частоты, включающим последовательно соединенные выпрямитель и инвертор, содержа-

шее управляемый задающий генератор, блок команд Пуск-Стоп, выход которого подключен к разрешающему входу управляющего задающего генератора,расределитель импульсов управления вентилями инвертора,датчик выходного параметра преобразователя,блок управления выпрямителем преобразователя, входы синхронизатора которого предназначены для подключения к питающей сети Переменного напряжения, а выходы подключены к двоичнодесятичному счетчику, дешифратор,входы которого Подключены к выходам счетчика, сум- itaTOp, выход которого подключен к управляющему входу управляемого задающего генератора, отличающееся тем, что, с целью повыше - |ния точности и устойчивости работы Системы управления тиристорным преобразователем частоты, оно допол- ительно снабжено электронным коммуY1 ХО-Х1-Х2-ХЗ + XO-XJ-X2-X3 + ХО-Х1-Х2-ХЗ + ХО«Х1-X2-X 3; Y2 « ХО-ХЬХ2-ХЗ + ХО-Х1 -Х2-ХЗ + ХО Х1 Х2 ХЗ + ХО-Х1-Х2-ХЗ; Y3 XO-XJ-X2-X3; Y4 ХО-Х1- Х2-ХЗ,

где ХО,Х1,Х2,ХЗ - входной двоично- десятичный код;

IIIIIIHIIIIIIIIIIIIIIII

Ж

5

0

татором, -электронным ключом, дифференциальным -и управляемым интегратором, причем информационный вход электронного коммутатора подключен к выходу датчика выходного параметра преобразователя, два его управляющих входа подключены к первому и второму выходам дешифратора, а выходы соединены с информационными входами дифференциального интегратора, выход которого через электронный ключ подсоединен к BX ду управляемого интегратора, выход -I связанного с первым входом сумматора, вход сброса дифференциального интегратора подключен к четвертому выходу дешифратора, а управляющий вход электронного ключа подсоединен к третьему выходу дешифратора, при этом выходы дешифратора связаны с его входами логическими функциями

30 Y1,Y2,Y3,Y4 - выходной код дешиф- ратора.

Фиг.З